JP5608821B2 - グリース保持ベントキャップを有するプロペラシャフト組立体 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のプロペラシャフト組立体、及び、そのような組立体の等速ジョイント（ＣＶＪ）キャップに関する。

等速ジョイントによって縦方向に方向付けられた自動車のプロペラシャフト組立体は、安全上の理由から、一般に前面衝突時にシャフト組立体が入れ子式に崩壊する際に衝撃吸収性を持つように設計される。また、こうした組立体には、潤滑剤の漏れを防ぐための適切な封止が必要である一方、通気システムも必要である。このような条件により、プロペラシャフト組立体の構成は複雑になる。

本発明は、等速ジョイント（ＣＶＪ）にキャップを挿入する、あるいは、等速ジョイントの外輪にキャップを当接することにより、プロペラシャフト組立体を単純化して、組立体のエネルギー吸収性能を妨げずに適切な封止と通気を可能にする。

本発明のグリース保持ベントキャップにより、プロペラシャフト組立体が種々の方法で崩壊できるようになる。第１の例において、グリース保持ベントキャップは、車両衝突時の剛性を維持するＣＶＪの外輪に押し込まれた縁部又は外輪に隣接する縁部を備える。プロペラシャフトが、シャフト内径に突出する溶接ビードを有するように製造された場合、この縁部は、衝突時に溶接ビードによって保持又は破壊される。ＣＶＪ内部部品がキャップの中央部に当接することにより、中央部がキャップ縁部から破断して、ジョイント内部部品より先に管状プロペラシャフトを通り、プロペラシャフト組立体の入れ子式崩壊を可能にする。

また、キャップの縁部全体を、管状プロペラシャフトに進入できる小さい小片に分解することも可能である。

内方に突出する溶接ビードを持たないプロペラシャフトの場合、キャップ全体を破壊せずに管状プロペラシャフト内に押し込むこともできる。キャップには、ＣＶＪ内部部品から、キャップの全周囲を取り囲むラジアル環状溝へとつながる通気ダクトが配置されている。そして、管状シャフト上の任意の角度位置で、環状溝の軸方向領域にあるＣＶＪ外輪のラジアル孔によって、大気へとつながる。したがって、本発明には、キャップに組み込まれた通気システムと、プロペラシャフト組立体の衝突特性との両方が含まれるので、これらの特性を得るために２つの個別システムを必要としない。

ＣＶＪ内部部品と連通する通気孔をキャップの軸方向中心に設け、キャップの向きにかかわらず通気孔が管状シャフトの底部に位置しないようにすることで、プロペラシャフト組立体のＣＶＪ外輪内にグリースが保持される。そして、縁部はキャップの全周囲に沿って封止部を形成する。

この構成により、キャップは通気システムとして作用し、ＣＶＪのグリース保持を行い、衝突最適化を可能にする。

本発明の他の作用効果については、添付図面とともに説明する以下の好ましい実施形態及び添付の特許請求の範囲により、当該分野の技術者にとって明らかになるであろう。

本発明に係るキャップの第１の実施例を示す側面図である。 図１に示すキャップの２つの主面のうちの一方を示す第１の斜視図である。 図１に示すキャップの２つの主面のうちの他方を示す第２の斜視図である。 本発明に係るプロペラシャフト組立体について、通常車両動作時の部品を示す縦断面図である。 本発明に係るプロペラシャフト組立体について、車両衝突後の部品を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態によるグリース保持ベントキャップを示す第１の斜視図である。 図６のグリース保持ベントキャップを示す第２の斜視図である。 図６のグリース保持ベントキャップの通気システムを示す断面図である。 図６のグリース保持ベントキャップを示す側面図である。 通常車両動作時のプロペラシャフトシステムにおける図６のグリース保持ベントキャップを示す図である。 車両衝突時のプロペラシャフトシステムにおける図６のグリース保持ベントキャップを示す図である。 車両衝突後のプロペラシャフトシステムにおける図６のグリース保持ベントキャップを示す図である。

図面の各図は例示を目的としているにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

図１〜図３を参照して、第１の実施形態によるグリース保持ベントキャップ１は、ＣＶＪの外輪９内に配置及び保持される寸法の縁部２を有している。図示のように、ＣＶＪは、キャップ１を受け入れるための座ぐり加工領域を有している。他の実施形態（図示省略）では、ＣＶＪに隣接してキャップ１を保持するための内径面を備えることもできる。外輪９内における縁部２の保持は、外輪９の環状突出部に設けられた小さなラジアル環状インデント部により達成することができる。

縁部２に対して軸方向に隣接する位置には、キャップ１の全幅にわたり径方向に延在する中空チャンバ３を形成する軸方向領域がある。中空チャンバ３は径方向の両端で開放されており、キャップ１の全周囲に延在する環状溝４の位置で終わる。キャップ壁部１８が、縁部２に対向する軸方向端部にて中空チャンバ３に隣接しており、このキャップ壁部１８の中心に軸方向通気孔５が配置される。通気孔５は、中空スペース３からキャップ１外部への流体連通を行う。

図４を参照して、プロペラシャフトＣＶＪの外輪９の窪んだ内径部にキャップ１が押し込まれ、縁部２が外径部に保持される。キャップ１は、スタブシャフト１２、内輪、ケージ、ボール（ジョイント内部部品として知られ、参照番号８で示す）等のＣＶＪ内部部品を、プロペラシャフトの管状シャフト部１１から隔離する。スタブシャフト１２と外輪９との隙間をダストブーツ１３が封止して、異物混入を防止する。ＣＶＪ内部部品８から通気孔５を介してキャップの中空チャンバ３へ空気が通過することができる。通気孔５は、キャップ１の中央に位置し、キャップ１の表面において軸方向に延在して中空チャンバ３に至る。これによって大気圧通気が可能となり、ジョイント内部部品８の領域と大気との気圧差の発生が防止されるが、ＣＶＪの耐用年数を低下させる異物混入につながるおそれがある。

通気孔５はキャップ壁部１８の一主面に位置し、ＣＶＪ内部部品８に対向するように方向付けられる。そして、空気がキャップ１の中空空気チャンバ３から、中空チャンバ３の径方向の開放端を介して、ラジアル環状溝４へと通過する。ラジアル環状溝４は、キャップ１の外周上の３６０度にわたって設けられている。そして、空気は、ＣＶＪの外輪９に穿設された孔１７を通って大気に出て行く。

キャップ１の中空空気チャンバ３は、ＣＶＪが高温になった後、例えば、当該自動車の動作中の冠水により急速に冷却された場合に、プロペラシャフトＣＶＪが水の進入を確実に防げるような中空容積を有する。このような場合、急激なクエンチングによって、水がキャップ１内に吸い込まれる。キャップ１内部の中空チャンバ３に十分な容積を設けることにより、吸い込まれた水は中空チャンバ３に保持されるので、水が通気孔５を通ってジョイント内部部品８に達することはない。中空チャンバ３の正確な容積は、予想される温度差や、封入空気量等のプロペラシャフト組立体の物理的特性によって異なる。通気孔５を中央に配置することにより、プロペラシャフト組立体内のキャップ１の角度方向にかかわらず、通気孔５が中空チャンバの底部に位置することはない。したがって、中空チャンバ３の底部に水が蓄積されていても、その水がジョイント内部部品８の領域に流れ込むことはない。

プロペラシャフト組立体の管状シャフト１１は、溶接部１０を介して外輪９に接続されている。図示のように、溶接部１０は、シャフト１１の径方向の外側と内側の両方に延在するビードを有しており、これは摩擦溶接工程では一般的である。キャップの軸方向の動きを妨げないように、溶接部１０のビードの機械加工が必要となる。また、溶接部１０の内部機械加工を行わずに前面衝突時の入れ子式崩壊が可能となるように、キャップ１は、方向１４へのジョイント内部部品８の軸方向変位に、ある程度しか耐えられないように構成される。このような変位を超える車両衝突時には、キャップ１の縁部２はＣＶＪ外輪９内に保持される。そして、キャップ１の中央部６が剪断され、縁部２から分離し、ジョイント内部部品８が外輪９から脱出して管状シャフト１１内へ進入する。

キャップ１は、衝突時に車両が生じるある程度のエネルギーで崩壊するように調整可能な材料、例えば、好適な可塑性材料等からなる。中央部６の縁部２からの分離を誘発する正確なエネルギーとそれによって生じる力は、実験により決定することができ、車両の重量や車両内の空間寸法等の要素によって異なる。

図４は、通常車両動作時のプロペラシャフトシステムで使用されるキャップ１を示す。キャップ１は、外輪９内に押し込まれている。ジョイント内部部品８は、キャップ１によって保持及び封止されている。キャップ１により、外輪９内にグリースが保持される。外輪９に通気孔１７があるので、ジョイント内部部品８から軸方向通気孔５を介し、さらに中空チャンバ３と孔１７を介して大気に至るまでの通気が可能となる。

図５は、車両衝突時のプロペラシャフトシステムで使用されるキャップ１を示す。衝撃の際、車両のトランスミッションに作用する力がスタブシャフト１２を移動させ、矢印１４で示す方向への変位を生じる。ジョイント内部部品８はキャップ１に衝撃を与え、低力保持部として作用する縁部２が溶接部１０の内部ビードと接触するまで、キャップが管状シャフト１１側に押される。衝撃によってキャップ１の中央部６が剪断されるまで、縁部２は溶接部１０に接触したままである。中央部６は、ジョイント内部部品８のより先に外輪９から脱出して、管状シャフト１１内に進入し、ジョイント内部部品８が続いて出られるようにする。

ジョイント内部部品８は、車両衝突時のエンジン又はトランスミッションの後方移動後に外輪９から管状プロペラシャフト１１内を通れるほど小さく、車両衝突により生じたエネルギーを吸収することにより、上述の入れ子効果が可能になる。

キャップ１は、摩擦溶接、ガスメタルアーク溶接、磁気アーク溶接のいずれかを用いて、ＣＶＪ外輪９が管状プロペラシャフト１１に接合されたプロペラシャフトにおいて使用されてもよい。摩擦溶接部１０を使用する場合、衝突時に、キャップ１は溶接部１０の内部ビードに接触し、キャップ１の中央部６は上述のように縁部２から剪断される。

チューブ内径に平滑面を形成するガスメタルアーク溶接又は磁気アーク溶接を使用する場合、キャップ１は、溶接部を通って管状プロペラシャフト１１に進入できるような小径で形成されてもよい。したがって、内部溶接ビードがない場合、グリース保持ベントキャップ１は衝突時も無傷のままである。図中、図４のキャップ１は、キャップが剪断されることなく、ＣＶＪ内部部品より先に全体として右に移動するだけである。

次に、他の実施形態によるキャップ１０１を示す図６〜図９を参照するが、各図において仮想座標系のｘ、ｙ、ｚの各軸を示して各図の視点を例示する。本発明の第２の実施形態において、グリース保持ベントキャップ１０１は、ＣＶＪの外輪１０９に配置及び保持される寸法の縁部１０２を有している。外輪１０９内での縁部１０２の保持は、外輪１０９の環状形状に一致する小さなラジアル環状インデント部又は拡張部により達成することができる。

縁部１０２に対して軸方向に隣接する位置に、キャップ１０１の径方向の全幅にわたって平行に延在する複数の中空チャネル１０３を形成する軸方向領域がある。各中空チャネル１０３は、キャップ１０１の径方向中心を妨害しないように配置された平行壁部１０７によって区分されている。中空チャネル１０３は径方向の両端で開放されている。壁部１０７の端部のラジアル環状溝１０４が、キャップ１０１の全周囲にわたって延在する。径方向に延在する壁部１１８が縁部１０２に対向する軸方向端部にて中空チャネル１０３に隣接しており、この壁部１０８の中心に軸方向通気孔５が位置している。通気孔１０５は、中空チャネル１０３のうち、中央部を通って延在する中空チャネルからキャップ１０１の軸方向外部への流体連通を行う。

図６は、縁部１０２を支持する任意の補強ウェブ１１５を示す。これらウェブ１１５の厚さと、径方向及び軸方向の寸法については、図１０〜図１２を用いてより詳細に説明するように、キャップ１０１の中央部１０６からの縁部１０２の分離、あるいは、縁部の分解に必要な矢印１１４（以降の図に示す）に沿った力の閾値に関する仕様を満たすような寸法とすることができる。

図１０を参照して、プロペラシャフトＣＶＪの外輪１０９内にキャップ１０１が押し込まれ、縁部１０２が外径部に保持される。キャップ１０１は、スタブシャフト１１２、内輪、ケージ、ボール（ジョイント内部部品として知られ、まとめて参照番号１０８で示す）を、プロペラシャフトの管状部１１１から隔離する。スタブシャフト１１２と外輪１０９とはダストブーツ１１３により封止され、異物混入を防止する。ＣＶＪ内部部品１０８から通気孔１０５を介して、中空チャネル３のうちの中央チャネルへ空気が通過することができる。通気孔１０５はキャップ１０１の中央に位置し、キャップ１０１の表面において軸方向に延在して中空チャネル１０３に至る。

通気孔１０５は、ＣＶＪ内部部品１０８に対向するように方向付けられたキャップ１０１の一主面に位置する。そして、空気がキャップ１０１の中央中空チャネル１０３から、中空チャネル３の径方向の開放端を介して、ラジアル環状溝４へと通過する。ラジアル環状溝４は、キャップ１０１の外周の３６０度にわたって設けられている。そして、空気は、ＣＶＪの外輪１０９に穿設された孔１１７を通って大気に出て行く。

キャップ１０１の中空チャネル１０３は、ＣＶＪが高温となった後、例えば冠水により急速に冷却された場合、プロペラシャフトＣＶＪが確実に水の進入を防げるような中空容積を有する。このような場合、急激なクエンチングによって、水がキャップ１０１内に吸い込まれる可能性がある。キャップ１０１内部の中空チャネル１０３に十分な容積を設けることにより、吸い込まれた水は中空チャネル１０３に保持されるので、水が通気孔１０５を通ってジョイント内部部品１０８に達することはない。中空チャネル１０３の正確な容積は、予想される温度差や、封入空気量等のプロペラシャフト組立体の物理的特性によって異なる。

通気孔１０５を中央に配置することにより、プロペラシャフト組立体内のキャップ１０１の角度方向にかかわらず、通気孔１０５が中空チャネル１０３の底部に位置することはない。したがって、中空チャネル１０３の底部に水が蓄積されていても、そして、それが中央の中空チャネル１０３であっても、その水がジョイント内部部品１０８の領域に流れ込むことはない。

プロペラシャフト組立体の管状シャフト１１１は、溶接部１１０を介して外輪１０９に接続されている。図示のタイプの溶接部１１０は内部ビードを有し、これは機械加工で取り除く必要がある。また、溶接部１１０の内部機械加工を行わずに前面衝突時の入れ子式崩壊が可能となるように、キャップ１０１は、方向１１４へのジョイント内部部品１０８からの軸方向の力に、ある程度しか耐えられないように構成される。このような所定の力を超える車両衝突時には、キャップ１０１の縁部１０２はＣＶＪ外輪１０９内に保持される。キャップ１０１の中央部１０６が壊れて、縁部１０２から分離し、ジョイント内部部品１０８が外輪１０９から脱出して管状プロペラシャフト１１１内へ進入する。縁部１０２は、中央部１０６から分離時に崩壊して小片になるように構成される。縁部１０２の小片は、ジョイント内部部品１０８の管状プロペラシャフト１１１内への入れ子式移動を妨げずに、管状プロペラシャフト１１１内に分散できる程度小さいものとする。

キャップ１０１は、衝突時に車両が生じるある程度のエネルギーで崩壊するように調整可能な材料、例えば、好適な可塑性材料等からなる。中央部１０６の縁部１０２からの分離を誘発する正確なエネルギーとそれによって生じる力は、実験により決定することができ、車両の重量や車両内の空間寸法等の要素によって異なる。ウェブ１１５の寸法は、例えば、モデルシミュレーションや実験により、所定の条件に合わせてキャップの特性を微調整するのに用いることができる。

キャップ１０１は、溶接により管状プロペラシャフト１１１に接合されるＣＶＪ外輪１０９において使用されてもよい。接合方法が摩擦溶接である場合、衝突時にグリース保持ベントキャップ１０１は溶接部１１０に接触し、図１１及び図１２に示すように崩壊する。前面衝突時には、図１１に示すように、キャップ１０１が最初に溶接部１１０の内部ビードに当接するときに壁部１０７が崩壊してもよい。この崩壊により、キャップ１０１のウェブ付きの軸方向面は無傷のままである。縁部１０２が溶接部に達すると、縁部は、図１〜図５に示す実施形態のように保持されるか、図１２に示すように管状プロペラシャフト１１１内に分散する。図１２において、スタブシャフト１１２は管状シャフト１１１内の奥まで押し込まれるので、ダストブーツ１１３が断裂する。キャップ１０１の縁部１０２は破壊され、多数の小片となって管状シャフト１１１内に分散する。小片は、ジョイント内部部品１０８の移動を妨げない程度に小さいものとする。

ＣＶＪと管状プロペラシャフト１１１とを、磁気アーク溶接やガスメタルアーク溶接等、摩擦溶接以外の方法で製造する場合、内部ビードは形成されない。この場合、キャップ１０１は、衝突時に破壊せずに、ＣＶＪと管状プロペラシャフト１１１との接続部を通って、管状プロペラシャフト１１１内に進入できる程度小さいものであればよい。

キャップ１及び１０１は、プロペラシャフトの寿命期間にわたる通常使用時の一般的な取り扱いや動作に耐えるのに十分なロバスト性を持つような寸法とする。

以上、例示と説明を目的として本発明の種々の実施形態を示した。上述の説明は、本発明をすべて網羅するものではなく、また、開示の実施形態自体に本発明を限定するものでもない。上述の実施形態は、本発明の原理と実用用途を最適に例示するために記載したものであり、これらにより、当該分野の技術者は、種々の実施形態において、また、特定の使用状況に適した種々の変形を加えて、本発明を利用することができる。添付の特許請求の範囲を公正に、合法的に、かつ、正当に与えられた範囲に応じて解釈した場合に、このような変形例や変更例は、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲に含まれる。

Claims (14)

1. 外輪とジョイント内部部品とを備えた等速ジョイントに接続された管状シャフトを有するタイプのプロペラシャフト組立体のグリース保持ベントキャップであって、
   外側の、ほぼ円形の縁部と、
   前記キャップの径方向にわたって延在する中空空気チャンバの空洞を有する中央部と、
   前記空気チャンバから前記キャップの外側につながる軸方向孔と、
   前記キャップの外周上に、３６０°にわたって設けられ、かつ前記空気チャンバに連通するラジアル環状溝と
   を備えることを特徴とするグリース保持ベントキャップ。
2. 前記キャップは、車両衝突時に、前記等速ジョイントの内部部品を前記外輪から脱出させ、前記管状プロペラシャフト内を前進させることを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
3. 前記管状シャフトと前記等速ジョイントとは、前記管状シャフトと前記等速ジョイントとの接続領域に内部ビードを残す方法によって接続され、さらに、前記キャップは、前記キャップを前記内部ビードに対して押しつける力が所定の閾値を超える場合に破壊するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
4. さらに、前記所定の閾値を超えると、前記縁部は前記内部ビードによって保持されるように構成され、前記キャップの中央部は前記ビードから分離して、前記ジョイント内部部品より先に前記管状シャフト内に移動するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のグリース保持ベントキャップ。
5. さらに、前記所定の閾値を超えると、前記キャップは、前記中空空気チャンバを崩壊させるとともに、前記縁部を、前記ジョイント内部部品を妨げないほど小さい小片に破壊するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のグリース保持ベントキャップ。
6. 前記管状シャフトと前記等速ジョイントとは、前記管状シャフトと前記等速ジョイントとの接続領域に内部ビードを残さない方法によって接続され、さらに、前記キャップは、前記キャップを前記内部ビードに対して押しつける力が所定の閾値を超える場合にも無傷のままであり、前記ジョイント内部部品より先に前記管状シャフト内に移動するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のグリース保持ベントキャップ。
7. さらに、前記キャップは、前記ジョイント内部部品より先に移動しつつ、前記縁部に沿って封止接触を維持するように構成されることを特徴とする請求項６に記載のグリース保持ベントキャップ。
8. 前記軸方向孔は、前記ジョイント内部部品に対向するように構成された前記キャップの一主面における前記キャップの径方向中央の位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
9. さらに、前記空気チャンバは、前記ジョイントが高温になった後に急速に冷却された場合の浸水時に、進入した水を保持するのに十分な容積を有することを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
10. さらに、前記中空チャンバは、前記キャップ全体にわたって延在するほぼ平行な複数の壁部によって中空チャネルに区分され、前記中空チャネルは、それぞれ前記ラジアル環状溝と連通し、前記ラジアル環状溝は、前記縁部付近の前記壁部の端部を通って延在することを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
11. さらに、前記平行な壁部は、前記軸方向孔が２つの壁部の間で前記中空チャンバに進入するように、前記軸方向孔に対して配置されることを特徴とする請求項１０に記載のグリース保持ベントキャップ。
12. 前記管状シャフトと前記等速ジョイントとは、前記管状シャフトと前記等速ジョイントとの接続領域に内部ビードを残す方法によって接続され、さらに、前記壁部は、前記キャップを前記内部ビードに対して押しつける力が所定の閾値を超える場合に崩壊するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のグリース保持ベントキャップ。
13. 前記縁部は、前記ジョイント内部部品の領域にグリースを保持することを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。
14. さらに、前記縁部は、前記等速ジョイントの前記外輪の内周形状と相補的な円周形状を有し、前記円周形状は、前記キャップに作用する軸方向の力が所定の閾値を超えるまで、前記キャップを不動のまま保持するような寸法であることを特徴とする請求項１に記載のグリース保持ベントキャップ。

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